A dead carpenter ant with fungal spores erupting out of its head. (Image: David Hughes/Penn State University)

Las hormigas carpinteras de la selva tropical brasile√Īa lo tienen jodido. Cuando uno de estos insectos se infecta con un hongo determinado, se convierte en una ‚Äúhormiga zombi‚ÄĚ y ya no controla sus acciones. Manipulada por el par√°sito, una hormiga infectada abandonar√° los acogedores confines de su hogar arb√≥reo y se dirigir√° al suelo del bosque, un √°rea m√°s adecuada para el crecimiento de hongos. Despu√©s de alojarse en la parte inferior de una hoja, la hormiga zombificada se ancla a s√≠ misma mordiendo el follaje. Esto marca el acto final de la v√≠ctima. A partir de aqu√≠, el hongo contin√ļa creciendo y pudri√©ndose dentro del cuerpo de la hormiga, atravesando en alg√ļn momento la cabeza de la hormiga y liberando sus esporas de hongos. Todo este proceso, de principio a fin, puede llevar m√°s de diez agonizantes d√≠as.

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Sabemos de las hormigas zombis desde hace bastante tiempo, pero los cient√≠ficos siguen intentando comprender c√≥mo el hongo par√°sito, O. unilateralis, realiza sus tareas de titiritero. Este hongo se conoce com√ļnmente como ‚Äúpar√°sito cerebral‚ÄĚ, pero una nueva investigaci√≥n publicada esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences muestra que los cerebros de las hormigas zombis quedan intactos tras la infecci√≥n, y que O. unilateralis es capaz de controlar las acciones de su anfitri√≥n infiltrando y rodeando las fibras musculares a trav√©s del cuerpo de la hormiga. En otras palabras, convierte a la hormiga infectada en una versi√≥n externalizada de s√≠ mismo. Las hormigas zombis se convierten en parte insecto, parte hongo. Horrible, ¬Ņverdad?

Para hacer este descubrimiento, el científico que descubrió por primera vez el hongo de la hormiga zombi, David Hughes de Penn State, inició un esfuerzo multidisciplinario que involucró a un equipo internacional de entomólogos, genetistas, informáticos y microbiólogos. El objetivo del estudio era observar las interacciones celulares entre O. unilateralis y la hormiga Camponotus castaneus durante una etapa crítica del ciclo de vida del parásito, la fase en que la hormiga se ancla en el fondo de la hoja con sus poderosas mandíbulas.

Hormigas infectadas con O. unilateralis en etapa tardía. (Imagen: David Hughes / PLOS ONE)

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‚ÄúSe sabe que el hongo secreta metabolitos espec√≠ficos de los tejidos y causa cambios en la expresi√≥n g√©nica del hospedador y atrofia los m√ļsculos mandibulares de su hormiga hu√©sped‚ÄĚ, dijo el autor principal Maridel Fredericksen, candidato doctoral en el Instituto Zool√≥gico de la Universidad de Basilea, Suiza. ‚ÄúEl comportamiento del hu√©sped alterado es un fenotipo extendido de los genes del par√°sito microbiano que se expresa a trav√©s del cuerpo de su hu√©sped. Pero no se sabe c√≥mo el hongo coordina estos efectos para manipular el comportamiento del hu√©sped‚ÄĚ.

Al referirse al ‚Äúfenotipo extendido‚ÄĚ del par√°sito, Fredericksen quiere decir la forma en que O. unilateralis puede secuestrar una entidad externa, en este caso la hormiga carpintera, y convertirla en una extensi√≥n literal de su yo f√≠sico.

Para el estudio, los investigadores infectaron hormigas carpinteras con O. unilateralis o un pat√≥geno f√ļngico menos amenazante y no zombificante conocido como Beauveria bassiana, que sirvi√≥ como control. Al comparar los dos hongos diferentes, los investigadores pudieron discernir los efectos fisiol√≥gicos espec√≠ficos de O. unilateralis en las hormigas.

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Usando microscopios electr√≥nicos, los investigadores crearon visualizaciones 3D para determinar la ubicaci√≥n, abundancia y actividad de los hongos dentro de los cuerpos de las hormigas. Se tomaron rebanadas de tejido a una resoluci√≥n de 50 nan√≥metros, que se capturaron utilizando una m√°quina que pod√≠a repetir el proceso de rebanar y fotografiar a una velocidad de 2.000 veces cada 24 horas. Para analizar esta espantosa cantidad de datos, los investigadores recurrieron a la inteligencia artificial: se ense√Ī√≥ a un algoritmo de aprendizaje autom√°tico a diferenciar entre c√©lulas f√ļngicas y hormonales. Esto permiti√≥ a los investigadores determinar cu√°nto del insecto segu√≠a siendo hormiga, y cu√°nto de se hab√≠a convertido en el hongo externalizado.

Reconstrucci√≥n 3D de un m√ļsculo aductor de la mand√≠bula (rojo) rodeado por una red de c√©lulas f√ļngicas (amarillo). (Imagen: Hughes Laboratory / Penn State)

Los resultados fueron realmente preocupantes. Las c√©lulas de O. unilateralis proliferaron en todo el cuerpo de la hormiga, desde la cabeza y el t√≥rax hasta el abdomen y las piernas. Adem√°s, las c√©lulas f√ļngicas estaban todas interconectadas, creando una especie de red biol√≥gica colectiva al estilo Borg que controlaba el comportamiento de las hormigas.

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‚ÄúEncontramos que un alto porcentaje de las c√©lulas en el hu√©sped eran c√©lulas f√ļngicas‚ÄĚ, dijo Hughes en un comunicado. ‚ÄúEn esencia, estos animales manipulados eran hongos en el cuerpo de las hormigas‚ÄĚ.

Pero lo más sorprendente de todo es que el hongo no se había infiltrado en el cerebro de las hormigas carpinteras.

‚ÄúNormalmente en los animales, el comportamiento es controlado por el cerebro que env√≠a se√Īales a los m√ļsculos, pero nuestros resultados sugieren que el par√°sito controla el comportamiento del hu√©sped perif√©ricamente‚ÄĚ, explic√≥ Hughes. ‚ÄúCasi como un titiritero tira de las cuerdas para hacer un movimiento de marioneta, el hongo controla los m√ļsculos de la hormiga para manipular las piernas y las mand√≠bulas del hu√©sped‚ÄĚ.

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De c√≥mo el hongo es capaz de navegar la hormiga hacia la hoja, sin embargo, a√ļn se desconoce la mayor parte. Y, de hecho, que el hongo deje en paz el cerebro puede proporcionar una pista. El trabajo previo mostr√≥ que el hongo puede estar alterando qu√≠micamente los cerebros de las hormigas, lo que lleva al equipo de Hughes a especular que el hongo necesita que la hormiga sobreviva el tiempo suficiente para realizar el comportamiento final de morder las hojas. Tambi√©n es posible, sin embargo, que el hongo necesite aprovechar parte de la potencia cerebral existente (y capacidades sensoriales) para ‚Äúdirigir‚ÄĚ la hormiga alrededor del suelo del bosque. Se requerir√°n investigaciones futuras para convertir estas teor√≠as en algo m√°s sustancial.

‚ÄúEste es un excelente ejemplo de c√≥mo la investigaci√≥n interdisciplinaria puede impulsar nuestro conocimiento‚ÄĚ, dijo a Gizmodo Charissa de Bekker, una entom√≥loga de la Universidad de Florida Central, no afiliada al nuevo estudio. ‚ÄúLos investigadores utilizaron t√©cnicas de vanguardia para finalmente confirmar algo que pensamos que era cierto pero de lo que no est√°bamos seguros: que el hongo O. unilateralis no invade ni da√Īa el cerebro‚ÄĚ.

De Bekker dice que este trabajo confirma que algo mucho m√°s complicado est√° sucediendo, y que el hongo podr√≠a estar controlando la hormiga secretando compuestos que pueden funcionar como neuromoduladores. Los datos recabados del genoma f√ļngico tambi√©n apuntan a esta conclusi√≥n.

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‚ÄúEsto significa que el hongo podr√≠a producir una gran cantidad de compuestos bioactivos que podr√≠an ser de inter√©s en t√©rminos de descubrimiento de nuevos f√°rmacos‚ÄĚ, dijo de Bekker. ‚Äú¬°Estoy muy entusiasmada con este trabajo!‚ÄĚ

De Bekker, una autoridad en lo que se refiere al hongo de la hormiga zombie, también lanzó una nueva investigación esta semana. Su nuevo estudio, publicado en PLOS One en coautoría con David Hughes y otros, examinó el reloj molecular del hongo Ophiocordyceps kimflemingiae (una especie recientemente nombrada del complejo O. unilateralis) para ver si los ritmos diarios, y por lo tanto relojes biológicos, son un aspecto importante de las interacciones parásito-huésped estudiadas por los biólogos.

‚ÄúAdem√°s de confirmar que el hongo tiene un reloj molecular, descubrimos que esto da como resultado la oscilaci√≥n diaria de ciertos genes‚ÄĚ, dijo de Bekker a Gizmodo. ‚ÄúSi bien algunos de ellos est√°n activos durante el d√≠a, otros est√°n activos durante la noche. Curiosamente, encontramos que el hongo activa especialmente los genes que codifican prote√≠nas secretadas durante la noche. ¬°Estos son los compuestos que posiblemente interact√ļan con el cerebro del anfitri√≥n! El hongo, por lo tanto, no solo libera compuestos bioactivos para manipular el comportamiento, sino que tambi√©n parece haber un momento preciso para ello‚ÄĚ.

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Claramente hay mucho por aprender sobre este insidioso parásito y cómo secuestra sus huéspedes insectoides, pero como lo atestiguan estos estudios recientes, nos estamos acercando más a la respuesta, una que es claramente perturbadora por naturaleza.

[Proceedings of the National Academy of Sciences, PLOS One]